微电机驱动电路设计

    李修权等

    摘 要：微电机控制系统是以AT89C52单片机作为控制核心，达林顿阵列作为驱动电路，矩阵键盘作为输入，LCD显示作为输出，运行C语言编程实现系统的各项功能。该系统具有性能稳定、成本低廉等优点。

    关键词：AT89C52单片机；微电机；驱动电路

    步进电机又称脉冲电机，国外一般称为Stepping motor。在非超载的情况下，仅是电脉冲信号的频率和脉冲个数决定电机的转动速度、定位，而不受其他负载变化的影响，即电机输入一个电脉冲控制信号，就转动一定的步距角。由于步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点[1]再加上述线性关系的存在，使得步进电机在计算机外围设备、自动生产线、自动化仪表、绘图机和数控系统中得到广泛应用。步进电机的控制可以采用分立元器件和专用控制器件，文章用分立器件设计一个微电机驱动控制系统。

    1 系统结构设计

    该控制系统主要由PC上位机、单片机、驱动电路、键盘、LCD显示等模块组成，其中采用一种集成电路芯片AT89C52单片机作为控制器[2]，通过分立器件组成的达林顿阵列作为驱动电路，PC机用于编写及烧写程序。首先，利用脉冲个数来转动角位移，进而实现准确定位的功能；其次，利用步进电机的驱动电路的数字逻辑部分即环行脉冲分配器，控制步进电机各相绕组的通电顺序，进而实现正反转的功能；最后，利用脉冲频率来控制电机运行的速度，进而实现调速的功能[3]。该控制系统能够实现如下功能：（1）电机的运行状态（启动/暂停）、转动方向、转动速度通过按键控制；（2）电机的运行状态、转动速度通过LCD显示，如图1所示。

    2 硬件设计

    控制系统的硬件原理图由电路仿真软件Proteus 7.5 进行设计仿真，通过仿真得出该系统能够完成按键控制电机的运行状态、转动方向、转动速度的功能，并且控制稳定可靠。电机在工作时的运行状态、速度以英文的形式直观的显示在LCD1602。其硬件原理，如图2所示。

    2.1 输入、显示模块

    为增强控制系统的灵活性，能够简便地对电机的系统参数快速的修改，通过按键输入转向、速度等相应指令，由单片机输出电机控制信号，用LCD显示电机工作时的状态和速度。为了减少I/O端口的使用，控制系统设置了3*2矩阵键盘实现电机的6种工作模式。行列式键盘、LCD1602显示器与单片机的接口电路如图3所示，采用行列反转扫描法读取按键的键值，LCD1602的数据口接在单片机的P0口上，同时P0口必须接上拉电阻，使能信号、数据/命令选择端、读写选择端分别接在单片机的P2.0、P2.1、P2.2口上。LCD第一行英文显示电机运行状态（STATE），第二行显示电机运行速度（SPEED）。

    2.2 电机驱动模块

    在数字电路中，大多数采用TTL电平，但是TTL电平产生的脉冲不能够使步进电机转动，因此，需要设计一种通过控制脉冲进行环形分配、功率放大的驱动电路，通过控制电机绕组的通电顺序使电机运转[4]。本系统的驱动模块采用四个达林顿阵列组成的电路，分别与四相电机连接以驱动步进电机，如图4所示。

    达林顿管多用在大功率输出电路中，由于功率增大，管子本身压降会造成温度上升，同时前级三极管的漏电流也会被逐级放大，从而导致达林顿管整体热稳定性差。为了改变这种状况，在大功率达林顿管内部均设有均衡电阻7.2k和3k，通过这种方式不仅可以大幅度增强管子的热稳定性，还能有效地提高末级三极管的耐压。

    3 软件设计

    基于硬件平台的设计，为保证各电路模块正常工作，实现系统所需求的功能，需要进行软件设计对单片机系统进行在线编程调试。使用keil C51软件对源程序进行编译，生成.hex文件，然后将.hex文件下载到AT89C52单片机中，即可运行，如图5所示。

    [参考文献]

    [1]董里扬.浅谈步进电机的工作原理[J].科技信息，2007（8）：74-74.

    [2]何冲，王淑红，侯胜伟，等.基于AT89C52单片机的步进电机控制系统研究[J].电气技术，2012（4）：5-8.

    [3]王雁平.步进电机定位控制系统的设计[J].现代电子技术，2010，33（18）：205-207.

    [4]余炳雄，陈志玲，黎浩樑.二相步进电机驱动电路的设计[J].Huadian Technology，2009，1（3l）：17-20.